毕业论文答辩 课件.pptx

材 料 科 学 与 工 程 专 业 2012级 02班本 科 毕 业 论 文 答 辩钙 钛 矿 太 阳 能 电 池 薄 膜 形 貌 调 控 与 光 电 性 能 研 究 答 辩 人 ： XXX 导 师 ： 2021年 6月 7日 星 期 一 目录CONTENTS 绪 论 研 究 内 容 和 主 要 工 作实 验 结 果 和 数 据 分 析论 文 结 论1 234 Chapter1绪 论 章节 研究背景1.1 PSCs的研究状况PSCs自2009年问世以来，发展迅猛，数年内从3.8%的PCE跃升到22.1%钙钛矿作为光吸收材料，一直是科研工作者研究PSCs的重点与难点 以Cl部分替代钙钛矿中的I可以延长激子的扩散长度、改变带隙、提高光电转换效率钙钛矿光吸收材料是以CH3NH3PbI为主，研究出诸多制备方法，应用最多的为溶液法和气相沉积法 钙钛矿太阳能电池的结构和工作原理1.2 n 光子n 电子-空穴对n ETM & HTMn 外电路 钙 钛 矿 太 阳 能 电 池 的 结 构 钙 钛 矿 太 阳 能 电 池 的 工 作 原 理 研究方向1.3 低温合成CH3NH3I 和 CH3NH3Cl 两步法沉积钙钛矿光吸收层以CH 3NH3Cl为氯源，向CH3NH3PbI3掺杂Cl元素改变掺杂量，研究其对钙钛矿膜和光电性能的影响 Chapter2研 究 内 容 和 主 要 工 作 章节 2.1 合 成 CH3NH3I 和 CH3NH3Cl以 合 成 CH3NH3I为 例 ， CH3NH3Cl的 合 成 方 法 相 似 CH3NH3I粉 体 合 成 流 程 图 乙 醚 纯 化真 空 干 燥旋 转 蒸 发N2氛 围0 冰 浴CH3NH2醇 溶 液HI溶 液 CH3NH3I溶 液 CH3NH3I 粗 制 粉 体 CH3NH3I纯 净 粉 末 2.2 刻蚀和清洗导电玻璃（FTO）n 导 电 玻 璃 ： 掺 杂 氟 元 素 的 二 氧 化 锡 ， FTO均 匀 涂 覆待 刻 蚀 区 1:1混 合 均 匀滴 在 锌 粉 上切 割 导 电 玻 璃粘 贴 胶 带锌 粉 （ Zn） 浓 盐 酸（ HCl）去 离 子 水（ H2O）导 电 玻 璃 刻 蚀 流 程 图 （ a） 刻 蚀 FTO制 备 的 PSCs （ b） 未 刻 蚀 FTO制 备 的 PSCs l 未 刻 蚀 ： 测 试 时 ， 针 状 电 极易 压 穿 电 池 接 触 到 X区 域 ，正 负 极 直 接 接 触 ， 电 池 短 路 ，损 害 电 池 和 测 试 仪 器l 刻 蚀 ： 针 状 电 极 无 法 接 触 到FTO， 电 池 类 似 断 路 状 态 2.3 制备TiO2致密层（磁控溅射法 & 旋涂法）u磁控溅射法氩 气 流 量 /sccm 真 空 度 /Pa 溅 射 气 压 /Pa 溅 射 功 率 /w 溅 射 时 间 /minTiO2 Ti1 5 7 .9 1 0 -4 3 1 0 0 6 0 1 01 5 7 .9 1 0 -4 4 1 0 0 6 0 1 01 5 7 .9 1 0 -4 5 1 0 0 6 0 1 01 5 7 .9 1 0 -4 6 1 0 0 6 0 1 01 5 7 .9 1 0 -4 5 8 0 6 0 1 01 5 7 .9 1 0 -4 5 9 0 6 0 1 01 5 7 .9 1 0 -4 5 9 5 6 0 1 01 5 7 .9 1 0 -4 5 1 0 0 6 0 1 01 5 7 .9 1 0 -4 5 1 0 5 6 0 1 01 5 7 .9 1 0 -4 5 1 0 0 6 0 61 5 7 .9 1 0 -4 5 1 0 0 6 0 81 5 7 .9 1 0 -4 5 1 0 0 6 0 1 01 5 7 .9 1 0 -4 5 1 0 0 6 0 1 2 易出现的问题 Problem TiO2膜太厚膜的电导率差别太大 根据优化工艺制备出来的膜厚都超过150nm,不利于提高性能同批样品经过蒸银后，用数字源表测试得到电阻值差异太大 u 通 过 一 系 列 试 验 确 定 了 最 佳 工 艺 参 数 ： 氩 气 流 量 ： 15sccm； 真 空 度 ： 7.9 10-4Pa； 溅 射 气 压 ： 5Pa 溅 射 功 率 ： 100w； 溅 射 时 间 ： 60min TiO2+10min Ti 2.3 制备TiO2致密层（磁控溅射法 & 旋涂法）u旋涂法（溶液法）配 制浆 料 旋 涂浆 料 130 预热 处 理 退 火结 晶 制 备 TiO2致 密 层 过 程 图 TiO2致 密 层 退 火 工 艺 图 n 130 预热： 蒸发乙醇等有机物，干燥旋涂层 n 分段式加热：温度升高过快，会造成晶体生长加快，晶粒粗大，甚至会造成膜上出现较大的裂痕n 450 下退火：TiO2由无定形态变为锐钛矿均 匀 致 密 的 TiO2膜 ， 厚 度 60nm，但 是 膜 的 稳 定 性 没 有 磁 控 溅 射 的 好 2.4 两步法制备CH3NH3PbI3-xClx钙钛矿光吸收层按 照 下 表 参 数 配 制 PbI2-xMACl前 驱 体 溶 液溶 液 编 号 PbI2质 量 /g MACl质 量 /g DMF/mL0 mmol 0.231 0 0.50.10 mmol 0.231 0.00337 0.50.15 mmol 0.231 0.00505 0.50.20 mmol 0.231 0.00674 0.50.25 mmol 0.231 0.00842 0.5配 制 CH 3NH3I异 丙 醇 溶 液浓 度 10mg/mL的 碘 甲 胺 异 丙 醇 溶 液 20mL 2.4 两步法制备CH3NH3PbI3-xClx钙钛矿光吸收层旋 涂 、 冲 洗旋 干 、 退 火旋 涂退 火配 制 PbI2-xMACl溶 液 配 制 CH3NH3I溶 液PbI2-xMACl膜 钙 钛 矿 膜uCH3NH3PbI3-xClx钙 钛 矿 薄 膜 的 制 备 流 程 u 装 配 电 池 的 其 他 步 骤2 .62 .7 制 备 HTM层 配 制 HTM溶 液 ： 磁 力 搅 拌 A液 （ 氯 苯 、 spiro-OMeTAD、 4 -叔 丁 基 吡 啶 ） 和 B液 （ 乙 腈 、 双 三 氧 甲 烷 磺 酰 亚 胺 锂 ）匀 胶 机 上 旋 涂 3 0 s后 手 套 箱 中 静 置 1 2 小 时光 阴 极 制 备 光 阳 极 焊 铟 -丁 内 酯 擦 除 部 分 钙 钛 矿 膜 和 空 穴 传 输 材 料 ，超 声 焊 将 金 属 铟 焊 接 在 FTO的 导 电 面 上真 空 蒸 镀 法 将 金 属 银 蒸 镀 到 空穴 传 输 层 上 ， 膜 厚 约 为 5 0 nm 钙 钛 矿 太 阳 能 电 池 试 样 2 .5 IX射线衍射（XRD）物相分析 II扫描电镜（SEM）微观形貌分析 III紫外可见光分光光度记（UV-vis）吸收光谱 IV电池量子效率分析（IPCE测试） V光伏特性曲线（J-V曲线）分析l 2 .8 表 征 方 法 2 .9 PSCs的基本参数介绍 填充因子（FF）：太阳能电池对外输出的最大功率（Pmax）与开路电压（Voc）和短路电流（Jsc）乘积的比值。 开路电压（Voc）：外电路处于断路时的电压，即J-V曲线上负载电流密度趋 于0 时，电压轴上的截距。 短路电流（Jsc）：外电路处于短路时的电流，即J-V曲线上电压值趋于0时，电流轴 上的截距。 钙 钛 矿 太 阳 能 电 池 的 光 伏 特 性 曲 线 Chapter3实 验 结 果 和 数 据 分 析 章节 u PbI2在 12.7 处（ 001） 特 征 衍射 峰u PbI2含 量 的 减 少3.1 XRD物相分析pPbI2层 的 XRD (a)TiO 2上 PbI2-x mmol MACl膜 的 XRD图 (b)11 15 内 放 大 图 uPbI2（001）晶面在12.7处的特征衍射峰可观察到u掺入0.1mmol和0.15mmol的MACl，钙钛矿膜的结晶度得到提升 p 钙钛矿层的XRD分析 (a)CH3NH3PbI3-xClx/TiO2膜 的 XRD图 (b)12 16 范 围 内 放 大 的 XRD图 3.2PbI2层的微观形貌 (a)0mmol (b) 0.1mmol (c) 0.15mmol (d) 0.2mmol (e) 0.25mmol (f) 不 同 x值 PbI 2-xmmol MACl膜 的 照 片 微 孔 数 目 和 尺寸 ： 先 减 后 增形 成 一 定 数 量 的 钙 钛 矿 晶 体 (a)0mmol (b)0.1mmol (c), (f)0.15mmol (d) 0.2mmol (e) 0.25mmol (g) 电 池 截 面 图 n 钙钛矿层的微观形貌（SEM） 钙 钛 矿 的 晶 粒尺 寸 先 减 后 增 微 孔 数 目 和 尺寸 先 减 后 增 3.3吸收光谱分析（UV-vis）Lorem ipsum dolor sit amet consectetur adipisicing elit sed do eiusmod u掺0.15和0.2mmol，钙钛矿膜的光吸收率要高于原始膜u掺杂0.25mmol波长400-600nm：低 波长600-750nm：高总体衰减 CH3NH3PbI3-xClx钙 钛 矿 膜 的 紫 外 可 见 光 吸 收 光 谱 图 3.4 PSCs的光伏特性曲线 样 品 Voc（ V） Jsc（ mAcm-2） FF（ %） （ %）0 mmol 0.90 17.31 66.15 10.320.10mmol 0.95 16.86 62.67 10.060.15mmol 0.97 19.40 68.91 13.060.20mmol 0.93 17.87 67.99 11.360.25mmol 0.80 9.41 61.21 4.61 电 子 空 穴 对 复合 几 率 的 下 降 3.5 IPCE分析 l 加 入 0.15mmol时 ， 电 池 最 高 量 子 效 率 从 75%提 升 到 84%l 在 600nm710nm波 长 内 ， 电 池 量 子 效 率 的 上 升 更 加 明 显l 当 掺 入 量 达 到 0.25mmol时 ， 器 件 的 量 子 效 率 显 著 下 降 。 3.6 电池的平均效率比较 初始和0.15mmolMACl钙钛矿电池的效率分布图 论文结论4 掺 杂 对 PbI2膜 的 影 响 01掺 杂 对 吸 光 的 影 响 03 掺 杂 对 钙 钛 矿 膜 的 影 响 02掺 杂 对 转 换 效 率 的 影 响 04掺杂量越多，产物中的碘化铅成分越少，碘化铅层上的微孔尺寸和数目先减后增掺入适量增强钙钛矿膜对某些波长光的吸收率，掺入过多会成整体吸收性能的衰减 掺杂会影响钙钛矿晶体的结晶度，随着MACl掺入量的增加，钙钛矿晶体的结晶性呈现先增后减掺入适量增强其器件转换效率，但过量掺杂会造成效率的衰减 Thank you for your attention！感 谢 关 注 ！欢 迎 老 师 们 提 问 ！材料科学2012-2班 江晨辉